DE1565995A1 - Synchronization device for determining the point in time at which an AC circuit breaker should receive the switch-off command - Google Patents

Description

Synchronisiereinrichtung zur Bestimmung des Zeit-2unktes, an dem ein WechselstromleistliMssehalter den Aussehaltbetehl erhalten soll. Die Erfi dung betrifft eine Synchronisiereinrichtung zur Bestimmung des Zeitpunktes, an dem ein Wechselstromleistungsschalter den AUsachaltbefehl erhalten soll, wobei der Ausschaltbetehl zur Erhöhung des Ausschaltvermögens den-Schalters kurz vor dem Nulldurchgang des Stromes gegeben wird. Um.die zur Zeit immer weiter steigenden Anforderungen an das Ab,schaltvermögen von Leistungsschaltern, bewUltigen zu können., hat-man Synchronisiergeräte verwendete wel he den Zeitpunkt der Trennugg des Kontakten so festlegen" dast-er möglichst in der'Nähe des Nulldurchganges den Stromes schaltet.(Siehe z.B. DRP 914 27,3).Synchronizing device for determining the time at which an AC power strip should receive the shutdown command. The invention relates to a synchronization device for determining the point in time at which an AC circuit breaker is to receive the switch-off command, the switch-off command to increase the switch-off capacity being given to the switch shortly before the current passes through zero. In order to be able to cope with the currently increasing demands on the breaking capacity of circuit breakers, synchronizing devices were used which set the time of the separation of the contacts so that the current should be as close as possible to the zero crossing switches (see e.g. DRP 914 27.3).

Die Schwierigkeit liegt hierbei iniAbesondere dalring dass der Zeitpunkt des gulldurchgeng-es.infolge von Aungleichvorgängen beim EIntritt,des Kurzschlusses schwer vorausbestimmt werden kann und dass bei.mechanischen Schaltern immer eine Zeitverzögerung zwischen dem Aussehaltbetehl und der tatsächlichen Kontakttrennung vorgesehen werden muss. Auf diese-Schwierigkeiten ist in der ETZ, Ausgabe A, 1965, Seite 420:hingewiesen worden.The difficulty here lies in the fact that the point in time at which the gull is passed is difficult to predict due to unequal processes at the time of entry, the short circuit and that, with mechanical switches, a time delay must always be provided between the shutdown command and the actual contact separation. These difficulties have been pointed out in the ETZ, edition A, 1965, page 420.

Es wird dort auch erwähnt, dass wegen dieser Schwierigkeiten sich die Verwendung von Synchronschaltern bisher noch nicht durchgesetzt hat. Der Vorteil.'der bei einer solchen Synchronschaltung erhalten wird, kann also mit den bisherigen Massnahmen noch nicht ausgenützt werden.It is also mentioned there that because of these difficulties arise the use of synchronous switches has not yet prevailed. The advantage.'der is obtained in such a synchronous circuit, so can with the previous Measures are not yet exploited.

Ferner ist bekannt geworden, den richtigen Zeitpunkt durch ein Analog-Rechengerät zu ermitteln. Zu diesem Zwecke wird eine voh de.r Schaltereigenzeit bestimmte, von der Schalterart abhängige Vorgabezeit aus dem Stromder ereten und der zweiten Ableitung des Stromes ermittelt. Hierfür werden Luttepaltwandler und die Rel).aenachaltung von Induktivitäteng Kapazitäten und Widerständen benutzt. Solche Einrichtungen erfordern einen hohen Aufwand, vor allem, wenn man berücksichtigt, dass solche Geräte bei jedem Schalterpol vorgesehen werden mUnsten, und auf Hochspannungspotential liegen . (DP 1 172 754).It has also become known to use an analog computing device to determine the correct point in time. For this purpose, a default time determined by the switch and dependent on the switch type is determined from the current dereten and the second derivative of the current. For this purpose, Luttepaltwandler and the rel) .aenachaltung of inductivities, capacitances and resistances are used. Such devices require a great deal of effort, especially when one takes into account that such devices have to be provided at each switch pole and are at high voltage potential . (DP 1 172 754).

Wenn der Abschaltetrom eine reine Sinuntorm hätte, würde es genUgen, den Strom und die ernte Ableitung als, Kennzeichen tür die Auslösung zu verwenden. Bisher hat man aber auf diese Einrichtungg bei der Abschaltung von Leistungeschaltern wegen den Auftretenas von Ausgleichavorgängen verzichten-mUssen. (DP 1 172 754)6 Ein Schalter mit einer gesteuerten Betätigung kurz vor dem Null- durchgang des Stromes ist nur dann wirtschaftlich tragbar, wenn der Aufwand der Synchronisiereinrichtung nur wenig Uber den Rahmen hinausgeht, der für beispielsweise Schutz- und Messeinrichtungen bereits vorhanden ist.If the cut-off current had a pure sinusoidal norm, it would be sufficient to use the current and the harvest lead as the identification for the tripping. So far, however, one has had to do without this facility when switching off circuit breakers because of the occurrence of equalization processes. (DP 1 172 754) 6 A switch with a controlled actuation shortly before the zero crossing of the current is only economically viable if the cost of the synchronization device goes only a little beyond the scope that is already available for protection and measuring devices, for example.

Erfindungsgemäss wird-daher vorgeschlagen, dass eine Schalteinrichtung vorg#bsehen ist, welche bei Momentanwerten des Stromes zwischen Null und einem einstellbaren Absolutwert des Stromes ein Stromtor offen hältg zugleich bei einer Stromänderung von einem höheren zum nieMgeren Absolutwert des Stromes gleicher Polarität ein weiteres Stromtor offen hält und dass der Auslösebefehl nur dann durchgegeben wird, wenn beide Stromtore offen sind.According to the invention it is therefore proposed that a switching device it is provided, which for instantaneous values of the current between zero and an adjustable one A current gate keeps the absolute value of the current open at the same time when the current changes from a higher to a lower absolute value of the current of the same polarity another Keeps the power gate open and that the trip command is only given if both power gates are open.

Diese Einrichtung ist wesentlich einfacher als die bekannten Einrichtungen und benutzt nur einfaobe Elemente. Sie hat nicht die Aufgabe, einen vorgeschriebenen Zeitpunkt vor dem Nulldurchgang zu ermitteln, sondern sie braucht nur festzustelleng dass die Stromkurve die Tendenz zum-Sinken hat und der Strom selbst unter einem b estimmten Wert liegt. Hierdurch kann man erheblich höhere Amplituden des Stromes abschalten, die während der Ab- schaltung selbst nicht zur Auswirkung kommen können. Der Zeitpunkt zwischen Schaltbefehl und Ausschaltung liegt dann zwar nicht fest, aber er liegt immer so weit vom Nulldurchgang ab, dass ein.einwandfreies Schalten vor dem Nulldurchgeng-erfolgen kann. Der neuen Einrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde" dass es nicht-auf eine feste Vorgabezeit ankommt, sondern nur auf die Tatsache, das$ der Befehl vor dem Nulldurchgang gegeben wird. Die Figuren erliutern ein Beispiel der Erfindung. In der Figur 1 ist ein Schalter 1 In den Leitungszug der Leitung 2 gelegt, Welcher amf d4e neu vorgeschlagene Weise geschaltet werden sOll. Mit 3 Ist ein Stromwandler dargestellt, welcher die Synchronisiereinrichtung speist. Diesem Stromwandler ist ein_ Widerstand 4 auf der Zekundärseite parallel geschaltet, an welchem-eine dem 8trom proportionale Spannung ab genommen wird.This device is much simpler than the known devices and uses only simple elements. She does not have to determine a prescribed time before the zero crossing of the task, but it needs only festzustelleng that the power curve, the tendency to Sinking has and the current is even under a value ied. In this way you can significantly higher amplitudes switch off the current, the self can not come to effect circuit during the waste. The point in time between the switching command and switching off is then not fixed, but it is always so far from the zero crossing that proper switching can take place before the zero crossing. The new facility is based on the knowledge "that it is not-on arrives a fixed set time, but only on the fact that $ the command is given before the zero crossing. The figures erliutern an example of the invention. In Figure 1, a switch 1 Placed in the cable run of line 2, which amf d4e newly proposed way should be switched. A current transformer is shown with 3 , which feeds the synchronizing device. A resistor 4 is connected in parallel to this current transformer on the secondary side, at which a voltage proportional to the current is taken off.

Diese Spannung ward zwei weiteren Stromkreisen zugeführt. Erstens wird sie der.Widerstandebrücke 5 zugeführt, welche aus den vier Widerßt&nden 6 besteht. Ig dieser Brücke wird die stromprop,ortio;iale ßpannung mit einer festen gleichspannung verglichen. Diese rileichspannung wird an den Klemmen 7 über den Widerstand 8 der Widerstandsbrücke 50 zugeführt. Am Ausgang dieser Widerstandebrücke entsteht nun-ein Signal, das entweder positiv oder negativ Ist" Je nachdem, ob die zugeführte Spanriung grösser oder kleiner als die Vergleichsspannun& i.-jt. Mit 9 ist eIne Triggerschaltung dargestellt, welche aus den zwei Transistoren 10 und 11 sowie den zugehörigen Widerständen 12 und 13 besteht.Die für den Trigger notwendige Vorspannung ist mit bezeichnet, Je nach dem Vör-' zeicheri der zugeführten Spannungzdifferenz erscheint am Ausgang des Trigger's ein posItives oder negatives Signal.This voltage was fed to two further circuits. First, it is fed to the resistance bridge 5 , which consists of the four resistors 6 . In this bridge, the current prop, ortio; ial voltage is compared with a fixed DC voltage. This calibration voltage is fed to the terminals 7 via the resistor 8 of the resistor bridge 50 . At the output of this counter-able bridge now-a signal which is either positive or negative "is created, depending on whether the supplied Spanriung larger or smaller than the Vergleichsspannun & i.-jt. at 9 is a trigger circuit is shown, which consists of the two transistors 10 and 11 as well as the associated resistors 12 and 13. The bias voltage required for the trigger is denoted by, depending on the value of the supplied voltage difference, a positive or negative signal appears at the output of the trigger.

(0 oder 1), Dieses Signal wird derr, Thyristor 14 am GItter zugeführt. Ist nun die stromproportionale Spannung kleiner als die Vergleichsspannung, dann wird dieser Thyristor, der als Stromtor wirkt, freigegeben. (0 or 1), This signal is fed to thyristor 14 on the gate. If the voltage, which is proportional to the current, is lower than the comparison voltage, this thyristor, which acts as a current gate, is released.

Die stromproportionale Spannung, welche am Widerstand 4 gewonnen wird, wird nun ferner einem zweiten Stromkreis zugeführt, der aus einem Luftwandler 15 gespeist wird. Die stromproportionale Spannung liegt an diesem Luttwa ndler. Dieser Luftwandler ist bekanntlich ein Differenzlerglied und erzeugt Je nachdem, ob die stromproportionale Spannung ansteigt-oder fällt, eine verschiedene Polarität eines Ausgangsimpulsee. Dieser Impuls wird über den Schalter 16 geführt. Dieser Schalter kann von Hand betätigt werden, um die ganze Einrichtung einzuschalten, er kann aber auch von der Aus.lösung eire a Schutzes geschlossen werden. Der Impuls g elangt dann zu der Diode 179 welche nur die eine Polarität durchläss.t, über den Widerstand 18 zu dem Thyristor 19. Mit dem Widerstand 18 kann die wirlmme Höhe des Impulses eingestellt werden.The voltage, which is proportional to the current, which is obtained at the resistor 4, is now also fed to a second circuit, which is fed from an air converter 15. The voltage proportional to the current is applied to this Luttwa ndler. As is known, this air converter is a differential element and, depending on whether the voltage which is proportional to the current rises or falls, generates a different polarity of an output pulse. This pulse is passed through switch 16 . This switch can be operated manually to switch on the entire device, but it can also be closed when a protection is triggered. The pulse g elangt then to the diode 179 which durchläss.t only one polarity through the resistor 18 to the thyristor 19. By the resistor 18 of the pulse may be set the wirlmme height.

Wenn nun-beide Thyrigtoren 14- und 19 durch die jeweiligen Impulse geöffnet sind, dann wird der Auslösestromkreis tUr die AuslöseeInrichtung 20 freigegeben. Diese,--AüslösOeinriC'htunkann-zur Beschleunigung des Aueldgevorgaiige,-s auf folgende Weise ausgeführt werden-, An den Klemmen 21 wird-ein Wechselstrom angelegt, welcher über die Diode 22 und den Widerstand 23 einen Kondensator-24 auflädt. Dieser Kondens ator kann eine aub me hreren parallel. geschalteten Kondensatoren bestehende Kondensatorbatterie sein. Sobald die Thyristor-en.14 und 19 gebffnet zind", kann sich der Kondensator oder die Kondenagtorbatterie 24-ent--,-laden und die Auslöseeinrichtung 20 betätigen. Der Schalter wird dann ausgeschaltet.If both thyrig gates 14 and 19 are opened by the respective pulses, then the tripping circuit for the tripping device 20 is released. This - triggering operation can - to accelerate the alarm process - be carried out in the following way - an alternating current is applied to the terminals 21, which charges a capacitor 24 via the diode 22 and the resistor 23. This condenser can be used in several parallel. switched capacitors existing capacitor bank. As soon as the thyristors 14 and 19 are open, the capacitor or the capacitor battery 24 can discharge and charge and actuate the release device 20. The switch is then switched off.

Die Auslöseeinrichtung 20 kann hierbei In folgender Weise, wie sie in der Figur 2 beschrieben ist, ausgefüht sein. Sie besitzt die Auslösespule 25, welche,die Oeffnung des Kontaktes einleitet; dies kann, um sehr kurze Zeiten zu erhalten, elektrodynamisch erfolgen, indem die Kurzschlusswindung 26 von dpr Spule 25 atgestossen wird. Hierdurch entsteht zunächst einmal die Trennung und der Lichtbogen erlischt beim Nulldurchgang. Die Rolle 27 läuft nun auf die schräge Fläche 28 auf und hebt schliesolich die Klinke. 2,9 so weit an., daso die Feder 30 den Hebel 31 zurUckzieht und die Kontaktabetände auf rasche Weine vergrösbert. Hierdurch wird dann der Isolatioriaabstand beim Wiederkehren der Spannung so gross, daso ein nachfolgender Ueberschlag In allen Fällen vermieden werden kann.The triggering device 20 can be designed in the following way, as described in FIG. It has the trip coil 25, which initiates the opening of the contact; In order to obtain very short times, this can be done electrodynamically by pushing the short-circuit winding 26 of the coil 25 at. This initially creates the separation and the arc extinguishes when it crosses zero. The roller 27 now runs onto the inclined surface 28 and finally lifts the pawl. 2.9 so far that the spring 30 pulls the lever 31 back and enlarges the contact areas for quick wines. As a result, the isolation distance when the voltage returns is so large that a subsequent flashover can be avoided in all cases.

Bisher Ist die Anordnung nur tUr eine einzige Halbwelle dargestellt worden. Es wurde angenommen, daso währen d der positiven Halbwelle abgeechaltet wird. In diesem Falle muss der Trigger 9 auf einen kleinen positiven Wert ansprechen ünd das.zugehörige Stromtor 14 offenhalten. Zugleich wird das Stromtor 19 dann-offengehalten, wenn die Ableitung den Stromes negativ ist, also der Stromwert sich In Richtung auf Null verkleinert. Bei einer solchen Anordnung wUrdek wenn der Kurzschluns gerade während der negativen Halbwolle auftritt, der Stromkreis erst nach mindeatens einer halben Periode geöffnet werden. Der Schalter muss dann also-den hohen Strom der negativen Halbwelle bewältigen können. Es ist daher zweckmässig, dass beide Halbwellen erfasst werden. Diese Anordnung zeigt die Figur 3. Dort sind-die einzelnen Schaltglieder der Einfachheit halber im wesentlichen durch Kästen angedeutet. Die Leitung ist wieder mit 2, der Schalter mit 1 und der Stromwandler mit 3 bet.eichnetb Der Widerstand 4 erzeugt die stromproportionale Spannung. 5 Ist wieder die Widerstandsbrücke für den Fall, dass der Stum gerade positiv ist._ Die Gleichspannung 7 wird so zugeführt, dass die obere Leitung positiv, die untere negativ ist. Dann gibt der,Trigger 9 einen Oeffnungsbefehl an das Gitter des Thyristors 14, wenn der Strom zwischen 0 und einem durch den Widerstand 8 (Fig., 1) bestimmten Wert liegt. 16, 17 und 18 entsprechen den zugehörigen Gliedern für db Bestimmung der ersten Ableitung des Stromes, die, wenn sie negativ Ist, den Thyri-stor 19 offenhält.So far, the arrangement has only been shown for a single half-wave. It was assumed daso During d the positive half cycle is abgeechaltet. In this case, the trigger 9 must respond to a small positive value and keep the associated current gate 14 open. At the same time, the current gate 19 is kept open when the derivative of the current is negative, that is to say the current value decreases in the direction of zero. With such an arrangement, if the short circuit occurs just during the negative half-wool, the circuit would only be opened after at least half a period. The switch must then be able to cope with the high current of the negative half-wave. It is therefore advisable that both half-waves are recorded. This arrangement is shown in FIG. 3. There, for the sake of simplicity, the individual switching elements are essentially indicated by boxes. The line is again with 2, the switch with 1 and the current transformer with 3 bet.eichnetb Resistor 4 generates the voltage proportional to the current. 5 Is the resistance bridge again in the event that the mute is just positive. The DC voltage 7 is fed in such that the upper line is positive and the lower line is negative. Then the trigger 9 gives an opening command to the grid of the thyristor 14 when the current is between 0 and a value determined by the resistor 8 (Fig. 1). 16, 17 and 18 correspond to the associated terms for db determination of the first derivative of the current, which, if it is negative, keeps the thyristor 19 open.

Die gleiche Anordnung ist nun noch einmal ausgeführt worden und jeweils mit der Kennziffer 1 gekennzeichnet, 5.1 ist dann die Widerstandsbrücke, nur wird die, Gleichspannung 7.1 entgegengesetzt polarisiert zugeführt.--Dann gibt der Transistor 9.1-Signal, wenn der Strom zwischen 0 und einem negativen Momentanwert liegt. Das Stromtor 14.1 wird in diesem Falle freigegeben., Im Sekundärkreis des Wandlers'15 mus's dann der entgegengesetzt gerichtete Stromimpule ausgenutzt werden, der beim Uebergang eines negativen Momentanwertes auf 0 entsteht. Daher Ist die Diode 17-1 der DIode 17 entgegengesetzt gerichtete-Ein Oeffnungssignal wird nur dann an den Thyristor 19,# gegeben, we.nn der negative Stromwert gegen Null geht, dann Ist.di,e Ableitung des Stromes positiv.The same arrangement has now been carried out again and each marked with the code number 1 , 5.1 is then the resistor bridge, only the DC voltage 7.1 is fed in opposite polarity - Then the transistor 9.1 gives a signal when the current is between 0 and a negative instantaneous value. The stream gate 14.1 is released in this case., The oppositely directed Stromimpule be utilized in the secondary circuit of the Wandlers'15 mus's, caused a negative instantaneous value to 0 at the transition. Therefore, if the diode 17-1 of the diode 17 is directed in the opposite direction - an opening signal is only given to the thyristor 19, # if the negative current value approaches zero, then Ist.di, e derivative of the current is positive.

Der Vorteil dieger ganzen Anordnung Ist, dass mit verhältnismgesig einfachen Mitteln ein sicheres Ausschalteg gewährleistet werden kann. Es kommt bei dem Schalter nicht auf eine konstante Votgabezeit an, sondern nur darauf;dass unter allen Umständen -vor ebnem Nulldurchgang gesch41tet wird. Statt der Thyristoren k8nnen auch Schalttranstotoren verwendet werden.The advantage of this whole arrangement is that it is relatively large simple means a safe switch-off can be guaranteed. It comes at the switch is not on a constant voting time, but only on; that under in all circumstances -before even zero crossing. Instead of the thyristors Switching transformer motors can also be used.

Claims (2)

P a t e n t a n s p r U c h e: 1. Synchronisiereinrichtung zur Bestimmung des Zeitpunktes, an dem ein Wechselstromleistungssehalter den Ausschaltbefehl erhalten soll, wobei der Aussehaltbefehl zur Erhöhung des Ausschaltvermögens des Schalters kurz vor dem Nulldurchgang des Stromes gegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schalteinrichtüng vorgeseheh ist, welche bei Momentanwerten dea Stromes zwischen.Null'und einem einstellbaren Absolutwert des Stromes ein Stromtor-offen hält, zugleich bei einer Stromänderung von einem höhe-ren zum niedrigeren Absolutwert des Stromes gleicher Polarität ein weiteres Stromtor offen hält, und dass der Auslösebetehl nur dann durchgegeben wird, wenn beide Stromtore offen sind. P atent a ns p r U c he: 1. Synchronizing device for determining the point in time at which an AC power switch should receive the switch-off command, the switch-off command to increase the switch-off capacity of the switch being given shortly before the current crosses zero, characterized in that a Switching device is provided which keeps a current gate open at instantaneous values of the current between zero and an adjustable absolute value of the current, at the same time keeps a further current gate open when the current changes from a higher to a lower absolute value of the current of the same polarity, and that the Trip command is only given when both power gates are open. 2. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, bei der der aus einem Stromwandler gewonnene Strom In bekannter Weise in eine proportionale Spannung umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dasa,eine Brückenschaltung vorgesehen Ist, welche diese Spannung mit einer einstellbaren Gleichspannung vergleicht» sodass im Brückenzweig während einer Halbwelle-beim Ueberschteiten des Ansprechstromes ein Strom in der einen, beim Unterschrdten in der anderen Richtung fliesst und dase ein Schmitt-Triggpr Vorgesehen ist, welcher beim Unterschreiten des Agspräatstromes anspricht und einen Impuls abgibt"*welöher ein Stromtor örtnet, und daso ein Luftwandler vorgesehen ist, weicher beim Absinken des Stromes einen Strom einer Polarität erzeugt, bei der das zugehörige Stromtor geöffnet erd. Synchronisiereinrichtung»nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindung zwischen dem Luftwandler und dem zweiten Stromtor ein Gleichrichter angeordnet ist, welcher nur die Polarität des differenzierten Stromes durchlässt, die zur Freigabe des Stromtoren führt. 4. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet., dase die Stromtore Schalttransistoren sind. 5. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromtore Thyristoren sind. 6. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Stromänderungskreis ein Kontakt liegt, welcher die Anordnung,in Betrieb setzt. 7. Synchron!.siereinrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass durch die Oeffnung der Stromtore eine Kondensatorbatterie sich über eine Auslöseeinrichtung entlädt, die In höchstens 1 ms den Schalter öffnet, und nach einer weiteren Y2 -ma die Schaltstrecke auf' den erforderlichen Isolationsabstand vergrössert. 2. Synchronizing device according to claim 1, in which the current obtained from a current transformer is converted into a proportional voltage in a known manner, characterized in that a bridge circuit is provided which compares this voltage with an adjustable DC voltage »so that in the bridge branch during a half-wave -When the response current is exceeded, a current flows in one direction, when it is undershot in the other direction, and that a Schmitt trigger is provided, which responds when the current falls below the Agspräatstromes and emits an impulse "* which a current gate localizes, and that an air converter is provided , which, when the current drops, generates a current of a polarity at which the associated current gate is open differentiated Lets current that leads to the release of the current gate. 4. Synchronizing device according to claim 1, characterized., Dase the current gates are switching transistors. 5. Synchronizing device according to claim 1, characterized in that the current gates are thyristors. 6. Synchronizing device according to claim 1, characterized in that there is a contact in the current change circuit which puts the arrangement into operation. 7. synchronous! .Sieinrichtung according to claim 1, characterized in that through the opening of the current gates a capacitor battery discharges via a triggering device which opens the switch in at most 1 ms, and after a further Y2 -ma the switching path to 'the required Insulation distance increased.